FR2924877A1 - METHOD AND MODULE FOR CORRECTING TRANSMISSION ERRORS IN A DATA STREAM, COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING SAID MODULE - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé de correction d'erreurs de transmission dans un flux de données transmis par un système de communications utilisant une pile de protocoles. Selon l'invention, le procédé consiste à exploiter la redondance de séquences dont le contenu est fixe sur plusieurs couches dans une pile de protocoles pour corriger des erreurs de transmission; le procédé consistant à cette fin à rechercher au niveau du récepteur des séquences correspondant à une séquence connue présente sur le flux reçu et cela par détection de séquences similaires à cette séquence connue, les séquences non similaires n'étant pas retenues; le procédé consistant en outre, en présence de séquence similaires, à détecter des erreurs de transmission dans la séquence connue et à modifier les séquences similaires (séquences erronées) à l'aide de la séquence connue.The present invention relates to a method for correcting transmission errors in a data stream transmitted by a communications system using a protocol stack. According to the invention, the method consists of exploiting the redundancy of sequences whose content is fixed on several layers in a protocol stack in order to correct transmission errors; the method consisting for this purpose of searching at the receiver for sequences corresponding to a known sequence present on the received stream and this by detection of sequences similar to this known sequence, the non-similar sequences not being retained; the method further comprising, in the presence of similar sequences, detecting transmission errors in the known sequence and modifying similar sequences (erroneous sequences) using the known sequence.
Description
PROCEDE ET MODULE DE CORRECTION D'ERREURS DE TRANSMISSION DANS UN FLUX DE DONNEES, SYSTEME DE COMMUNICATION COMPRENANT LEDIT MODULE. METHOD AND MODULE FOR CORRECTING TRANSMISSION ERRORS IN A DATA STREAM, A COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING SAID MODULE.
L'invention concerne un procédé et un module de correction d'erreurs de transmission dans un flux de données transmis à travers un canal de communication. L'invention s'applique à tout système de communications numériques. The invention relates to a method and a module for correcting transmission errors in a data stream transmitted through a communication channel. The invention applies to any digital communications system.
L'invention s'applique aux communications par satellite et aux liaisons ATM sur ADSL. Les techniques les plus employées aujourd'hui pour détecter et/ou corriger des erreurs de transmission dans les systèmes de communications numériques sont les codes correcteurs d'erreurs, la reprise d'erreurs sur retransmission et les contrôles de redondance cyclique, connus respectivement par les acronymes FEC (pour Forward Error Correction), ARQ (pour Automatic Repeat Request) et CRC (pour Cyclic Redundancy Check). The invention applies to satellite communications and ATM links over ADSL. The most widely used techniques today for detecting and / or correcting transmission errors in digital communications systems are error correcting codes, retransmission error recovery and cyclic redundancy checks, respectively known by acronyms FEC (for Forward Error Correction), ARQ (for Automatic Repeat Request) and CRC (for Cyclic Redundancy Check).
La technique FEC consiste pour l'émetteur à ajouter de la redondance aux données utiles afin de permettre au récepteur destinataire de détecter et de corriger une partie des inévitables erreurs de transmission. Cette technique constitue le seul moyen pour corriger des erreurs dans les systèmes sans voie de retour. Dans les systèmes avec voie de retour, cette technique diminue en outre le nombre de retransmissions nécessaires pour assurer une qualité de service donnée. On a représenté sur la figure 1 le schéma d'un système de communication mettant en oeuvre un procédé de correction d'erreurs de transmission selon l'état de la technique. Le système de communication comporte une chaîne de transmission comprenant une source émettrice S, un canal de communication C et un récepteur R. La source émettrice S est munie d'un codeur FEC 10 pour coder le flux de données entrant FD suivi d'un modulateur 20. Le flux de sortie du modulateur 20 est transmis par le canal de communication C. Le récepteur R reçoit le flux entrant FE transmis par le canal de communication C. Ce récepteur R comporte un démodulateur 40 suivi d'un décodeur FEC 60. Les repères 50 et 70 correspondent à des points où le taux d'erreur bit BER pourrait être mesuré. La technique CRC permet de détecter certaines erreurs par ajout de redondance, mais ne permet pas de les corriger. The FEC technique is for the transmitter to add redundancy to the payload to allow the receiving receiver to detect and correct some of the inevitable transmission errors. This technique is the only way to correct errors in non-return systems. In systems with a return channel, this technique also reduces the number of retransmissions necessary to ensure a given quality of service. FIG. 1 shows the diagram of a communication system implementing a method for correcting transmission errors according to the state of the art. The communication system comprises a transmission chain comprising a transmitting source S, a communication channel C and a receiver R. The transmitting source S is provided with an FEC encoder 10 for encoding the incoming data stream FD followed by a modulator 20. The output stream of the modulator 20 is transmitted by the communication channel C. The receiver R receives the incoming stream FE transmitted by the communication channel C. This receiver R comprises a demodulator 40 followed by a decoder FEC 60. The Markers 50 and 70 correspond to points where the BER bit error rate could be measured. The CRC technique makes it possible to detect certain errors by adding redundancy, but does not make it possible to correct them.
La redondance est obtenue en calculant une fonction de hachage sur un sous-ensemble logique des données à émettre, par exemple un paquet, et envoyée avec celui-ci. En réception cette valeur est comparée au calcul de la même fonction de hachage sur les données reçues, afin de vérifier l'intégrité du message. Les CRC les plus utilisés sont construits de manière à détecter l'immense majorité des erreurs non corrigées par le FEC, ou dues à un re-assemblage défectueux de données fragmentées en émission. Les schémas FEC de l'état de la technique tels que les codes LDPC (Low Density Parity Check), les codes Reed-Solomon et les Turbo codes sont utilisés dans les standards européens de satellites les plus récents (par exemple DVB-S2 et DVB-SH) dans le but de détecter et de corriger des erreurs sur le canal de transmission. Redundancy is obtained by computing a hash function on a logical subset of the data to be transmitted, for example a packet, and sent with it. In reception this value is compared to the computation of the same hash function on the received data, in order to verify the integrity of the message. The most commonly used CRCs are constructed to detect the vast majority of errors not corrected by the FEC, or due to faulty re-assembly of fragmented data in transmission. State-of-the-art FEC schemes such as Low Density Parity Check (LDPC) codes, Reed-Solomon codes and Turbo codes are used in the most recent European satellite standards (eg DVB-S2 and DVB -SH) for the purpose of detecting and correcting errors on the transmission channel.
Les codes CRC sont classiquement utilisés pour la vérification d'intégrité des données dans les couches intermédiaires des piles protocolaires, permettant de détecter des erreurs puis, éventuellement, d'écarter des paquets re-assemblés défectueux. CRC codes are conventionally used for the verification of data integrity in the intermediate layers of the protocol stacks, making it possible to detect errors and possibly to discard failed re-assembled packets.
Les techniques qui viennent d'être décrites sont basées sur le rajout de données de contrôle ou de redondance dans le flux utile. Malgré le gain en termes de contrôle d'erreurs que représentent ces techniques, le rajout de données de contrôle ou de redondance pénalisent les performances de la transmission en termes de quantité d'information utile effectivement transmise, et par conséquent en termes de coût de la transmission. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant une solution qui améliore la 5 fiabilité de la transmission d'un flux de données sans ajouter aucune donnée (i.e. ni de redondance, ni information de contrôle) au flux utile transmis. Le procédé de correction d'erreurs selon l'invention permet de diminuer le taux d'erreur bit (BER : Bit Error 10 Rate) et le taux d'erreur paquet (PER : Packet Error Rate) d'un système de communications numériques sans réduire les ressources de ce système(bande passante, débit). Le procédé peut être mis en place quel que soit le système de communication, seul ou en combinaison avec des procédés de 15 correction d'erreurs connus. La présente invention a pour objet un procédé de correction d'erreurs de transmission dans un flux de données appartenant à une pile protocolaire donnée en mettant en œuvre des techniques multicouche. 20 Dans les piles de protocoles, de nombreuses informations de contrôle sont répliquées dans tous les paquets appartenant aux mêmes flux logiques. Selon l'invention, le procédé consiste à exploiter la redondance naturelle de ces flux, dont la principale 25 manifestation est la répétition prévisible et récurrente de séquences dont le contenu est fixe, ces séquences dites connues SP étant construites à partir d'informations de contrôle caractéristiques des différentes couches de la pile protocolaire, cette redondance étant utilisée dans le but de 30 corriger des erreurs de transmission ; le procédé consistant à cette fin à rechercher sur un flux de données reçu les positions originales des séquences connues SP et cela par détection de séquences similaires à cette séquence connue SP, les séquences non similaires, c'est-à-dire différentes, 35 n'étant pas retenues ; le procédé consistant, en présence de séquences similaires, à détecter une ou plusieurs erreurs de transmission produites sur une séquence connue SP, et à modifier les séquences détectées similaires à l'aide de la séquence connue SP. The techniques that have just been described are based on the addition of control or redundancy data in the useful stream. Despite the gain in terms of error control represented by these techniques, the addition of control or redundancy data penalizes the performance of the transmission in terms of the quantity of useful information actually transmitted, and consequently in terms of the cost of the transmission. transmission. It is an object of the present invention to overcome this disadvantage by providing a solution which improves the reliability of the transmission of a data stream without adding any data (i.e. neither redundancy nor control information) to the transmitted useful stream. The error correction method according to the invention makes it possible to reduce the bit error rate (BER) and the packet error rate (PER: Packet Error Rate) of a digital communications system without reduce the resources of this system (bandwidth, throughput). The method can be implemented regardless of the communication system, alone or in combination with known error correction methods. The present invention relates to a method of correcting transmission errors in a data stream belonging to a given protocol stack by implementing multilayer techniques. In the protocol stacks, many control information is replicated in all packets belonging to the same logical flows. According to the invention, the method consists in exploiting the natural redundancy of these flows, the main manifestation of which is the predictable and recurrent repetition of sequences whose content is fixed, these so-called known sequences SP being constructed from control information characteristics of the different layers of the protocol stack, this redundancy being used for the purpose of correcting transmission errors; the method consisting in this process of searching on a received data stream the original positions of the known sequences SP and that by detection of sequences similar to this known sequence SP, the non-similar sequences, that is to say different, n not being retained; the method, in the presence of similar sequences, detecting one or more transmission errors produced on a known SP sequence, and modifying the similar detected sequences using the known SP sequence.
Selon une autre caractéristique de l'invention, il est possible d'utiliser ce mécanisme de correction d'erreurs à tout niveau de la chaîne de réception. Ainsi dans la suite, il faut entendre par séquence, tout aussi bien une séquence discrète (c'est-à-dire une suite de symboles binaires ou de symboles résultant d'informations quantifiées), qu'une portion de signal correspondant à une séquence discrète, selon que le flux entrant est traité après démodulation ou avant. En outre, on entend par symboles binaires un ou plusieurs bits. La présente invention a plus particulièrement pour objet un procédé de correction d'erreurs de transmission en réception dans un flux de données par un système de communications utilisant une pile de protocoles quelconque, ledit procédé étant principalement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - Pour un flux de données entrant comportant une séquence connue SP, - -la recherche de séquences similaires à la séquence connue SP, les séquences non similaires n'étant pas retenues, - - la détection de séquences connues erronées dans le cas de présence de séquences similaires, et la modification des séquences erronées détectées. According to another characteristic of the invention, it is possible to use this error correction mechanism at any level of the reception chain. Thus, in the sequel, a sequence, both a discrete sequence (that is to say a sequence of binary symbols or symbols resulting from quantized information), and a portion of a signal corresponding to a sequence discrete, depending on whether the incoming stream is processed after demodulation or before. In addition, binary symbols mean one or more bits. The present invention more particularly relates to a method for correcting transmission errors in reception in a data stream by a communications system using any protocol stack, said method being mainly characterized in that it comprises the following steps For an incoming data stream comprising a known sequence SP, the search for sequences similar to the known sequence SP, the non-similar sequences not being retained, the detection of known sequences which are erroneous in the case of presence. similar sequences, and the modification of the erroneous sequences detected.
Selon le procédé de l'invention, les données du flux peuvent être sous la forme de symboles binaires ou sous la forme de données réelles ou quantifiées. Dans le cas où les données sont sous la forme de symboles binaires, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence binaire erronée par la séquence binaire connue SP. Dans le cas où les données sont sous la forme de données réelles ou quantifiées, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence de signaux réels ou quantifiés par une séquence de signaux représentative de la séquence connue SP. La séquence connue SP n'est pas nécessairement composée de symboles contigus dans le flux entrant. According to the method of the invention, the data of the stream can be in the form of binary symbols or in the form of real or quantified data. In the case where the data is in the form of binary symbols, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence SP. In the case where the data are in the form of real or quantized data, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals by a sequence of signals representative of the known sequence SP. The known sequence SP is not necessarily composed of contiguous symbols in the incoming stream.
La séquence connue SP est une séquence construite à partir de champs d'information statiques c'est-à-dire des champs protocolaires dont le contenu est constant pour tous les paquets de données du flux entrant. Un des champs pouvant faire partie de la séquence connue SP est par exemple une adresse de destination ou une adresse source, placée dans les entêtes des paquets du flux de données. Un des champs pouvant faire partie de la séquence connue SP est par exemple une information de codage du type 20 d'entêtes suivantes. La recherche d'une séquence connue SP est réalisée en continu sur le flux de données entrant. La recherche d'une séquence connue SP dans le flux entrant comprend l'ouverture d'une fenêtre d'analyse W de 25 longueur égale à la longueur de la séquence connue SP, le calcul d'un seuil de détection r, le calcul d'une mesure de similitude entre une séquence analysée et la séquence connue SP, une détection d'une séquence similaire ayant lieu lorsque la similitude mesurée est supérieure ou égale au 30 seuil r. Dans le cas de signaux binaires, cette mesure de similitude correspond par exemple à un calcul de distance de type distance de Hamming. Dans le cas des signaux réels ou quantifiés, cette mesure correspond par exemple à un calcul de type corrélation. Le seuil i est choisi de manière à obtenir une probabilité de récupération des séquences connues PSR 5 maximum, ce seuil pl correspondant alors à une estimation du seuil optimum plopt. La recherche d'une séquence connue est réalisée en continu en faisant glisser la fenêtre d'analyse d'une position à chaque déplacement. 10 Le déplacement d'une position correspond par exemple à un déplacement octet par octet, ou bit par bit dans le flux entrant. L'invention concerne également un module de correction d'erreurs de transmission dans un flux de données transmis 15 par un système de communications utilisant une pile de protocoles, principalement caractérisé en ce qu'il comprend: - une entrée pour recevoir un flux de données comportant une séquence connue SP, - des moyens pour rechercher des séquences similaires 20 à la séquence connue SP, les séquences non similaires n'étant pas retenues, - des moyens de détection de séquences connues erronées dans le cas de présence de séquences similaires et de modification des séquences erronées 25 détectées. Les moyens pour rechercher des séquences correspondant à la séquence connue et détecter des séquences similaires comportent . - une fenêtre W de longueur égale à la longueur de la 30 séquence connue SP, pour l'analyse dans le flux des séquences circulant dans la fenêtre, - des moyens de calcul d'un seuil de détection n, - des moyens de calcul d'une mesure de similitude entre une séquence analysée et la séquence connue SP et des moyens de détection d'une séquence similaire, la détection ayant lieu lorsque la similitude mesurée est supérieure ou égale au seuil r. Les moyens de détection de séquences connues erronées comportent des moyens pour modifier la séquence similaire détectée lorsque la similitude mesurée est supérieure ou égale au seuil de détection. The known sequence SP is a sequence built from static information fields that is to say protocol fields whose content is constant for all the data packets of the incoming stream. One of the fields that can be part of the known sequence SP is for example a destination address or a source address, placed in the headers of the packets of the data stream. One of the fields that can be part of the known sequence SP is for example a coding information of the following type of headers. The search for a known sequence SP is carried out continuously on the incoming data stream. The search for a known sequence SP in the incoming stream comprises the opening of an analysis window W of length equal to the length of the known sequence SP, the calculation of a detection threshold r, the calculation of a measure of similarity between an analyzed sequence and the known sequence SP, a detection of a similar sequence occurring when the measured similarity is greater than or equal to the threshold r. In the case of binary signals, this similarity measure corresponds for example to a Hamming distance type distance calculation. In the case of real or quantized signals, this measurement corresponds for example to a correlation type calculation. The threshold i is chosen so as to obtain a probability of recovery of the maximum known sequences PSR 5, this threshold pl then corresponding to an estimate of the optimum threshold plopt. The search for a known sequence is carried out continuously by sliding the analysis window of a position with each movement. The displacement of a position corresponds, for example, to a displacement byte by byte, or bit by bit in the incoming flow. The invention also relates to a module for correcting transmission errors in a data stream transmitted by a communications system using a protocol stack, mainly characterized in that it comprises: an input for receiving a data stream comprising a known sequence SP, means for searching for sequences similar to the known sequence SP, the non-similar sequences not being retained, means for detecting erroneous known sequences in the case of the presence of similar sequences and of modification of the erroneous sequences detected. The means for searching for sequences corresponding to the known sequence and detecting similar sequences comprise. a window W of length equal to the length of the known sequence SP, for the analysis in the stream of sequences flowing in the window; means for calculating a detection threshold n; a measure of similarity between an analyzed sequence and the known sequence SP and means for detecting a similar sequence, the detection taking place when the measured similarity is greater than or equal to the threshold r. The false known sequence detection means comprise means for modifying the similar detected sequence when the measured similarity is greater than or equal to the detection threshold.
Dans le cas où les données sont sous la forme de symboles binaires, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence binaire erronée par la séquence binaire connue SP. Dans le cas où les données sont sous la forme de 15 données réelles ou quantifiées, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence de signaux réels ou quantifiés par une séquence de signaux représentative de la séquence connue SP. La fenêtre d'analyse est une fenêtre glissante se 20 déplaçant d'une position i à une position i+l après chaque analyse d'une séquence de longueur prédéterminée F, formée des symboles reçus indexés de i à i+F-l. L'invention concerne également un système de communication de flux de données comprenant une chaîne de 25 réception principalement caractérisé en ce que ladite chaîne de réception comprend un module de correction d'erreurs, tel que décrit précédemment. Dans de tels systèmes de communications, la chaîne de réception comporte un démodulateur et un décodeur FEC. Le 30 module de correction d'erreurs peut tout aussi bien être placé avant, à l'intérieur ou après le démodulateur. L'invention s'applique par exemple aux systèmes de communication par satellite. In the case where the data is in the form of binary symbols, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence SP. In the case where the data is in the form of real or quantized data, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals by a sequence of signals representative of the known sequence SP. The analysis window is a sliding window moving from a position i to a position i + 1 after each analysis of a sequence of predetermined length F, formed of the received symbols indexed from i to i + F-1. The invention also relates to a data flow communication system comprising a reception chain mainly characterized in that said reception chain comprises an error correction module, as described above. In such communications systems, the reception chain includes a demodulator and an FEC decoder. The error correction module may equally well be placed before, inside or after the demodulator. The invention applies for example to satellite communication systems.
L'invention s'applique par exemple aux liaisons utilisant ATM sur ADSL. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description qui est faite ci-après et qui est donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et en regard des figures sur lesquelles : La figure 1 représente le schéma d'un système de 10 communication d'un flux de données avec une chaîne de transmission selon l'art antérieur, La figure 2 représente le schéma d'un module de correction d'erreurs placé sur une chaîne de transmission selon l'invention, 15 La figure 3A représente le schéma d'un système de communication d'un flux de données entre une source émettrice S et une chaîne de réception R comprenant un module de correction d'erreurs placé entre le démodulateur et le décodeur, 20 La figure 3B représente le schéma d'un système de communication d'un flux de données entre une source émettrice S et une chaîne de réception R comprenant un module de correction d'erreurs placé avant le démodulateur. La figure 4 représente le schéma détaillé des étapes 25 mises en œuvre par le module de correction d'erreurs selon l'invention, La figure 5 représente la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse en fonction du 30 seuil de détection r, selon des conditions de bruit du canal de transmission, traduites par une variable c et pour une longueur F de séquence connue choisies, La figure 6 représente la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse en fonction de la taille F de la séquence connue, selon des conditions choisies de bruit du canal traduites par une variable c et un nombre de symboles L entre deux occurrences successives dans le flux original de la séquence connue, La figure 7 représente la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse en fonction de la taille F de la séquence connue selon des conditions de bruit du canal traduites par une variable c différente de celle de la figure 6 et le même nombre L de symboles entre deux occurrences successives dans le flux original de la séquence connue, La figure 8 représente la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse en fonction de la taille F de la séquence connue selon un deuxième nombre L de symboles entre deux occurrences successives de la séquence connue et des conditions de bruit du canal traduites par une variable s choisies, La figure 9 représente la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse en fonction de la taille F de la séquence connue, selon des conditions de bruit du canal traduites par une variable E différente de celle de la figure 8 et le même nombre L de symboles entre deux occurrences de la séquence connue, La figure 10 illustre des courbes de variation du taux d'erreur bit BER avec la mise en place d'un module correcteur selon la présente invention et les procédés selon l'art antérieur pour une longueur F de séquence connue donnée (F= 20 octets), La figure 11 illustre des courbes de variation du taux d'erreur paquet PER avec la mise en place d'un module 35 correcteur selon la présente invention et les procédés selon l'art antérieur pour une longueur F de séquence connue donnée (F= 20 octets), La figure 12 illustre des courbes du taux d'erreur bit BER avec la mise en place d'un module correcteur selon la présente invention et les procédés selon l'art antérieur pour une longueur F de séquence connue plus longue (F= 40 octets), La figure 13 illustre des courbes de variation du taux d'erreur paquet PER avec la mise en place d'un module correcteur selon la présente invention et les procédés selon l'art antérieur pour la même longueur F de séquence connue qu'à la figure 12 (F= 40 octets). La figure 14 est une représentation hexadécimale d' une suite de paquets entrants dans le cas d'une pile protocolaire FTP/TCP/IP/Ethernet, capturée au niveau Ethernet, mettant en évidence l'existence de séquences répétées dans les informations de contrôle de chaque paquet et pouvant constituer la séquence connue SP. The invention applies, for example, to links using ATM over ADSL. Other features and advantages of the invention will become clear from reading the description which is given below and which is given by way of illustrative and nonlimiting example and with reference to the figures in which: FIG. diagram of a system for communicating a data stream with a transmission chain according to the prior art, FIG. 2 represents the diagram of an error correction module placed on a transmission chain according to the invention FIG. 3A shows the schematic diagram of a communication system of a data stream between a transmitting source S and a reception channel R comprising an error correction module placed between the demodulator and the decoder. FIG. 3B is a schematic diagram of a system for communicating a data stream between a transmitting source S and a receiving chain R comprising an error correction module placed before the demodulator. FIG. 4 represents the detailed diagram of the steps implemented by the error correction module according to the invention; FIG. 5 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the window; in accordance with the detection threshold r, according to noise conditions of the transmission channel, translated by a variable c and for a length F of known sequence chosen, FIG. 6 represents the curve of variation of the probability of recovery. known sequences of a known sequence in the analysis window according to the size F of the known sequence, according to selected channel noise conditions translated by a variable c and a number of symbols L between two successive occurrences in the original flow of the known sequence, FIG. 7 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in FIG. analysis window according to the size F of the known sequence according to channel noise conditions translated by a variable c different from that of FIG. 6 and the same number L of symbols between two successive occurrences in the original stream of the FIG. 8 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window as a function of the size F of the known sequence according to a second number L of symbols between two occurrences successive sequences of the known sequence and the channel noise conditions translated by a selected variable s, FIG. 9 represents the variation curve of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window as a function of the size F of the known sequence, according to channel noise conditions translated by a variable E different from that of FIG. 8 and the same number L of symbols between two occurrences of the known sequence, FIG. 10 illustrates curves of variation of the BER bit error rate with the introduction of a correction module according to the present invention and the methods according to the prior art for a length F of known given sequence (F = 20 bytes), FIG. 11 illustrates PER packet error rate variation curves with the implementation of a correction module according to the present invention and the methods according to the prior art. for a length F of known given sequence (F = 20 bytes), FIG. 12 illustrates curves of BER bit error rate with the introduction of a correction module according to the present invention and the methods according to the prior art. for a length F of longer known sequence (F = 40 bytes), FIG. 13 illustrates curves of variation of the PER packet error rate with the introduction of a correction module according to the present invention and the methods according to FIG. prior art for the same length F of known sequence as in Figure 12 (F = 40 bytes). Fig. 14 is a hexadecimal representation of an incoming packet sequence in the case of an Ethernet-caught FTP / TCP / IP / Ethernet protocol stack, highlighting the existence of repeated sequences in the control information of each packet and can constitute the known sequence SP.
Le procédé de correction d'erreurs de transmission selon l'invention s'applique aux systèmes de communication utilisant des piles de protocoles. Des exemples non exhaustifs de piles protocolaires auxquelles s'applique ce procédé sont TCP/IP ou UDP/IP. Il s'applique à tout système de communications numériques et en particulier aux systèmes de communication par satellite et aux liaisons ATM sur ADSL. Dans un flux de données transmis par un pile protocolaire, une ou plusieurs séquences connues SP sont transmises. The method for correcting transmission errors according to the invention applies to communication systems using protocol stacks. Non-exhaustive examples of protocol stacks to which this method applies are TCP / IP or UDP / IP. It applies to any digital communications system and in particular to satellite communication systems and ADSL ATM links. In a data stream transmitted by a protocol stack, one or more known sequences SP are transmitted.
Les séquences connues SP sont des séquences contenant des champs d'informations statiques c'est-à-dire des champs dont le contenu est constant et pouvant être connu du récepteur pour tous les paquets du flux. Il peut s'agir de sous-ensembles de bits appartenant à différents champs d'entête comme par exemple les adresses des niveaux MAC ou IP de la source émettrice ou du récepteur, des ports TCP ou UDP, le type de protocole ou sa version. Les bits du sous-ensemble ne sont pas obligatoirement contigus mais leur position relative dans l'entête est connue. The known sequences SP are sequences containing static information fields that is to say fields whose content is constant and can be known to the receiver for all the packets of the stream. They may be subsets of bits belonging to different header fields, for example the MAC or IP level addresses of the sending source or the receiver, the TCP or UDP ports, the type of protocol or its version. The bits of the subset are not necessarily contiguous but their relative position in the header is known.
Selon le procédé de correction d'erreurs, le flux transmis FE par le canal de communication C de la chaîne de transmission et entrant coté récepteur R est analysé de manière à rechercher les séquences connues SP du flux. Les données du flux traitées selon le procédé peuvent 10 être sous la forme de symboles binaires ou sous la forme de données réelles ou quantifiées. Le procédé comporte la détermination d'un seuil de détection n de séquences connues SP. Le seuil de détection r est choisi à de manière à avoir une probabilité de 15 récupération des séquences connues PSR maximale Le seuil choisi est de préférence un seuil optimum nopt, qu'il est possible d'estimer par, analyse du flux reçu. Ce seuil optimum nopt tient compte du nombre moyen L de symboles entre deux occurrences de la séquence connue SP dans le flux 20 (la longueur moyenne des paquets) et de l'état du canal de communication C. L'état du canal de communication se traduit par une variable estimée s correspondant aux conditions de bruit. La valeur de L et l'état du canal sont des valeurs estimées obtenues par exemple par un estimateur classique ou 25 par d'autres méthodes. Dans le cas d'erreurs introduites par la transmission, le procédé permet de détecter dans le flux des séquences similaires aux séquences connues SP attendues, c'est-à-dire des séquences identiques ou très proches, cette proximité 30 étant établie à partir d'un critère de similarité prédéterminé; les séquences non similaires, c'est-à-dire différentes n'étant pas retenues. Lorsqu'une séquence analysée répond au critère de similarité une séquence dite similaire est détectée. Ce 35 critère de similarité ,est rempli lorsque la séquence analysée présente un degré de similitude avec la séquence connue SP supérieur ou égal à la limite définie par l'estimation du seuil de détection optimum fopt. Le procédé comporte la détection de séquences connues 5 erronées, ce qui correspond à la détection de séquences similaires. Le procédé comporte la modification des séquences erronées détectées. Dans le cas où les données sont sous la forme de 10 symboles binaires, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence binaire erronée par la séquence binaire connue. Dans le cas où les données sont sous la forme de données réelles ou quantifiées, la modification des 15 séquences erronées consiste à remplacer la séquence de signaux réels ou quantifiés par une séquence de signaux réels représentative de la séquence connue. L'analyse du flux entrant FE est réalisée au moyen d'une fenêtre glissante W. La fenêtre W est une fenêtre 20 glissante se déplaçant d'une position i à une position i+l après chaque analyse. d'une séquence de longueur prédéterminée F formée des symboles reçus indexés de i à i+F-1. 25 La figure 2 représente le schéma d'un module de correction d'erreurs 100 placé sur une chaîne de transmission contenant un canal C de communication à piles protocolaire. Le module 100 reçoit un flux FE de paquets de données transmis par le canal C. 30 La longueur moyenne des paquets est L, La longueur des séquences connues SP est F, En sortie du canal les séquences connues SP peuvent avoir été transmises avec des erreurs, tel que cela est illustré par la séquence.SPe. According to the error correction method, the transmitted stream FE by the communication channel C of the transmission chain and incoming R receiver side is analyzed so as to search the known sequences SP flow. Flow data processed according to the method may be in the form of binary symbols or in the form of actual or quantized data. The method comprises the determination of a detection threshold n of known sequences SP. The detection threshold r is chosen so as to have a probability of recovery of the known maximum PSR sequences. The threshold chosen is preferably an optimum threshold nopt, which can be estimated by analyzing the stream received. This optimum threshold nopt takes into account the average number L of symbols between two occurrences of the known sequence SP in the stream 20 (the average length of the packets) and the state of the communication channel C. The state of the communication channel is translated by an estimated variable s corresponding to the noise conditions. The value of L and the state of the channel are estimated values obtained for example by a conventional estimator or by other methods. In the case of errors introduced by the transmission, the method makes it possible to detect in the stream sequences similar to the expected known SP sequences, that is to say identical or very similar sequences, this proximity being established from a predetermined similarity criterion; the sequences that are not similar, that is to say different, are not retained. When an analyzed sequence satisfies the similarity criterion, a so-called similar sequence is detected. This similarity criterion is fulfilled when the analyzed sequence has a degree of similarity with the known sequence SP greater than or equal to the limit defined by the estimate of the optimum detection threshold fopt. The method involves the detection of known erroneous sequences, which corresponds to the detection of similar sequences. The method includes modifying the detected erroneous sequences. In the case where the data is in the form of binary symbols, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence. In the case where the data is in the form of real or quantized data, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals with a sequence of real signals representative of the known sequence. The analysis of the incoming flow FE is carried out by means of a sliding window W. The window W is a sliding window moving from a position i to a position i + 1 after each analysis. a sequence of predetermined length F formed indexed received symbols of i to i + F-1. FIG. 2 shows the schematic diagram of an error correction module 100 placed on a transmission chain containing a protocol stack communication channel C. The module 100 receives a stream FE of data packets transmitted by the channel C. The average length of the packets is L. The length of the known sequences SP is F. At the output of the channel the known sequences SP may have been transmitted with errors , as illustrated by the sequence .SPe.
Le module 100 reçoit des couches supérieures 110 des informations relatives aux champs constitutifs de la séquence connue SP pour tous les paquets du flux. Ces données servent à déterminer la séquence connue SP à rechercher dans le flux par le module 100. Le module 100 comporte une fenêtre W d'analyse des données reçues. La fenêtre glissante W est une fenêtre se déplaçant d'une position i à une position i+l après chaque analyse d'une séquence de longueur prédéterminée F formée des symboles reçus indexés de i à i+F-l. La figure 3A représente un système de communication tel que représenté sur la figure 1 mais dans lequel un module de correction d'erreurs 100 selon l'invention a été implanté. The module 100 receives from the upper layers 110 information relating to the constituent fields of the known sequence SP for all the packets of the stream. This data is used to determine the known sequence SP to be searched in the stream by the module 100. The module 100 includes a window W for analyzing the received data. The sliding window W is a window moving from a position i to a position i + 1 after each analysis of a predetermined length sequence F formed of the indexed received symbols from i to i + F-1. FIG. 3A represents a communication system as represented in FIG. 1 but in which an error correction module 100 according to the invention has been implemented.
Dans cet exemple de réalisation, le module 100 est implanté entre le démodulateur 40 du récepteur R et le décodeur 60. La détection d'erreurs est réalisée après démodulation du signal. Les séquences connues SP recherchées sont des séquences discrètes (suite de symboles binaires ou résultats d'informations quantifiées). La figure 3B représente un deuxième mode de réalisation d'un système de communication selon l'invention. Dans ce mode de réalisation, la correction d'erreurs de transmission est réalisée avant démodulation. Les séquences connues SP recherchées sont une portion de signal correspondant à une séquence discrète. La figure 4 illustre les étapes mises en oeuvre par le module de correction d'erreurs 100. 110- Les couches supérieures au niveau du récepteur R fournissent au module 100 des informations relatives à la séquence connue SP du flux entrant FE afin que le module 100 procède à la recherche de ces séquences dans le flux FE. 101, 102, 103, 104 - Le module 100 recherche sur le flux FE les positions probables des séquences connues par comparaison successive de séquences de symboles avec la séquence connue SP suivant un critère prédéterminé. Les 5 étapes mises en œuvre sont les suivantes 101, 102- le module détermine le seuil de détection d'une séquence connue, ce seuil correspondant à une similitude satisfaisante permettant de rejeter des séquences très différentes c'est-à-dire des séquences dont la 10 similitude est inférieure au seuil. De façon pratique, le seuil de détection r de séquences connues SP est choisi de manière à maximiser la probabilité de récupération des séquences PSR connues. Le seuil choisi est une estimation d'un seuil optimum fopt. Ce seuil optimum nopt tient compte du 15 nombre moyen de symboles L entre deux occurrences de la séquence connue (la longueur moyenne des paquets) et de l'état du canal de communication C, traduit par la variable c. La valeur de L et l'état du canal sont des valeurs estimées obtenues par l'estimateur 102. 20 103- le module analyse la séquence présente dans la fenêtre W, en mesurant sa similitude à la séquence connue SP. 104- le module compare le seuil de détection r à la similitude mesurée. 25 Le module 100 effectue une détection 105 de séquences connues erronées dans le cas de présence de séquences similaires c'est-à-dire les séquences dont la similitude mesurée avec la séquence connue SP est supérieure au seuil n, et modifie les séquences similaires à l'aide la séquence 30 connue. Dans le cas où les données sont sous la forme de symboles binaires, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence binaire erronée par la séquence binaire connue. In this exemplary embodiment, the module 100 is implanted between the demodulator 40 of the receiver R and the decoder 60. The detection of errors is carried out after demodulation of the signal. The known sequences SP sought are discrete sequences (sequence of binary symbols or quantized information results). FIG. 3B represents a second embodiment of a communication system according to the invention. In this embodiment, the transmission error correction is performed before demodulation. The known known sequences SP are a signal portion corresponding to a discrete sequence. FIG. 4 illustrates the steps implemented by the error correction module 100. The upper layers at the receiver R provide the module 100 with information relating to the known sequence SP of the incoming stream FE so that the module 100 proceeds to search for these sequences in the FE stream. 101, 102, 103, 104 - The module 100 searches on the flow FE the probable positions of the known sequences by successive comparison of symbol sequences with the known sequence SP according to a predetermined criterion. The 5 steps implemented are as follows: 101, 102- the module determines the detection threshold of a known sequence, this threshold corresponding to a satisfactory similarity making it possible to reject very different sequences, that is to say sequences of which the similarity is below the threshold. In practice, the detection threshold r of known sequences SP is chosen so as to maximize the probability of recovery of known PSR sequences. The chosen threshold is an estimate of an optimum threshold fopt. This optimum threshold nopt takes into account the average number of symbols L between two occurrences of the known sequence (the average packet length) and the state of the communication channel C, translated by the variable c. The value of L and the state of the channel are estimated values obtained by the estimator 102. The module analyzes the sequence present in the window W, measuring its similarity to the known sequence SP. 104- the module compares the detection threshold r to the measured similarity. The module 100 carries out a detection of erroneous known sequences in the case of the presence of similar sequences, that is to say the sequences whose similarity measured with the known sequence SP is greater than the threshold n, and modifies the sequences similar to using the known sequence. In the case where the data is in the form of binary symbols, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the erroneous binary sequence by the known binary sequence.
Dans le cas où les données sont sous la forme de données réelles ou quantifiées, la modification des séquences erronées consiste à remplacer la séquence de signaux réels ou quantifiés par une séquence de signaux réels représentative de la séquence connue. 107- Le module contrôle la fin du flux et fait glisser 106 la fenêtre d'analyse W d'une position. On a représenté sur la figure 5 la courbe de variation de la probabilité de récupération des séquences connues en fonction du seuil de détection pour une longueur F de séquence connue SP égale à 16 octets, et des conditions de bruit importantes traduites par la variable e, e= 10-1 (1 bit sur 10 erroné). La ligne en pointillés représente la distance logarithmique entre la probabilité de récupération des séquences connues et 1. On a représenté sur les figures 6 et 7, les courbes de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue SP dans la fenêtre d'analyse respectivement pour des conditions de bruit s= 10-1 et e= 10-4 et un nombre de. symboles L entre deux occurrences successives de la séquence connue SP (taille moyenne des paquets) de 100 octets. In the case where the data is in the form of real or quantized data, the modification of the erroneous sequences consists in replacing the sequence of real or quantized signals with a sequence of real signals representative of the known sequence. 107- The module controls the end of the flow and slides 106 the analysis window W of a position. FIG. 5 shows the variation curve of the probability of recovery of the known sequences as a function of the detection threshold for a length F of known sequence SP equal to 16 bytes, and of the significant noise conditions translated by the variable e, e = 10-1 (1 bit out of 10 erroneous). The dotted line represents the logarithmic distance between the probability of recovery of the known sequences and 1. FIGS. 6 and 7 show the variation curves of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence SP in the window. analysis respectively for noise conditions s = 10-1 and e = 10-4 and a number of. L symbols between two successive occurrences of the known sequence SP (average packet size) of 100 bytes.
On a représenté sur les figures 8 et 9, les courbes de variation de la probabilité de récupération des séquences connues d'une séquence connue dans la fenêtre d'analyse, respectivement pour des conditions de bruit s= 10-1 et s= 10-4 et un nombre de symboles L entre deux occurrences successives de la séquence connue SP (taille moyenne des paquets) de 1500 octets. FIGS. 8 and 9 show the variation curves of the probability of recovery of the known sequences of a known sequence in the analysis window, respectively for noise conditions s = 10-1 and s = 10- 4 and a number of symbols L between two successive occurrences of the known sequence SP (average packet size) of 1500 bytes.
Les figures 10 à 13 illustrent des courbes d'estimation des performances obtenues par simulation d'un système de communication mettant en œuvre le procédé. On a représenté sur la figure 10, des courbes de variation du taux d'erreur bit BER dans le cas d'une correction effectuée par le module 100 et d'un codage Turbo : courbe avec des symboles carrés ; dans le cas de l'art antérieur codage Turbo : courbe avec triangle ; et sans correction : 10 obtenues pour une 20 octets. courbe avec points. Ces courbes ont été longueur F de séquence connue SP égale à On a représenté sur la figure 11 des courbes de variation du taux d'erreur paquet PER dans le cas d'une correction effectuée par le module 100 et d'un codage 15 Turbo : courbe codage Turbo : avec carrés ; dans le cas de l'art antérieur courbe avec triangle ; et sans correction : courbe avec points. Ces courbes ont été obtenues pour une longueur F de séquence connue SP égale à 20 octets. On a représenté sur la figure 12 des courbes de 20 variation du taux d'erreur bit BER dans le cas d'une correction effectuée par le module 100 et d'un codage Turbo : courbe avec les carrés ; dans le cas de l'art antérieur codage Turbo courbe avec triangle ; et sans correction : courbe avec points. Ces courbes ont été 25 obtenues pour une longueur F de séquence connue SP égale à 40 octets. On a représenté sur la figure 13 des courbes de variation du taux d'erreur paquet PER dans le cas d'une correction effectuée par le module 100 et d'un codage 30 Turbo : courbe avec carrés ; dans le cas de l'art antérieur codage Turbo : courbe avec triangle ; et sans correction : courbe avec points. Ces courbes ont été obtenues pour une longueur F de séquence connue SP égale à 40 octets. La figure 14 illustre un exemple dans le cas d'un 35 transfert de fichiers utilisant la pile protocolaire FTP/TCP/IP/Ethernet. Cette figure représente une extraction hexadécimale de la suite de paquets entrants capturés au niveau Ethernet. Dans l'exemple de la pile protocolaire choisie, chaque paquet comporte une entête Ethernet, une entête IP, une entête TCP, et des données du protocole FTP. Ces entêtes comportent comme on peut le voir des champs d'information constants sur tous les paquets. Il s'agit de séquences statiques, que l'on trouve réparties sur une ou plusieurs couches d'une pile protocolaire. Figures 10 to 13 illustrate performance estimation curves obtained by simulation of a communication system implementing the method. FIG. 10 shows curves of variation of the BER bit error rate in the case of a correction performed by the module 100 and of a Turbo coding: curve with square symbols; in the case of the prior art Turbo coding: curve with triangle; and without correction: 10 obtained for a 20 bytes. curve with points. These curves were length F of known sequence SP equal to FIG. 11 shows curves of variation of the PER packet error rate in the case of a correction performed by the module 100 and a Turbo coding: Turbo coding curve: with squares; in the case of the prior art curve with triangle; and without correction: curve with points. These curves were obtained for a length F of known sequence SP equal to 20 bytes. FIG. 12 shows curves for varying the BER bit error rate in the case of a correction performed by the module 100 and a Turbo coding: curve with the squares; in the case of the prior art coding Turbo curve with triangle; and without correction: curve with points. These curves were obtained for a length F of known sequence SP equal to 40 bytes. FIG. 13 shows the variation curves of the PER packet error rate in the case of a correction performed by the module 100 and a Turbo coding: curve with squares; in the case of the prior art Turbo coding: curve with triangle; and without correction: curve with points. These curves were obtained for a length F of known sequence SP equal to 40 bytes. Figure 14 illustrates an example in the case of a file transfer using the FTP / TCP / IP / Ethernet protocol stack. This figure represents a hexadecimal extraction of the suite of incoming packets captured at the Ethernet level. In the example of the chosen protocol stack, each packet includes an Ethernet header, an IP header, a TCP header, and FTP protocol data. These headers have, as can be seen, constant information fields on all the packets. These are static sequences, which are located on one or more layers of a protocol stack.
Le procédé exploite cette caractéristique pour rechercher des séquences connues à partir de la connaissance de la pile protocolaire, afin de corriger les séquences erronées détectées à partir de cette recherche. Le procédé exploite la redondance naturelle des données générées par une pile protocolaire. Il est non intrusif comme peuvent l'être les procédés de correction d'erreurs de transmission connus. Il peut être implémenté dans tout système de communication y compris dans les systèmes de communication par satellite et ceux utilisant des liaisons ATM sur ADSL. Les figures 10 à 13 illustrent l'amélioration de la correction d'erreurs de transmission apportée par le procédé selon l'invention, lorsqu'il est placé dans la chaîne de transmission de la Figure 3A comprenant un décodeur FEC 60 adapté. The method exploits this feature to search for known sequences from knowledge of the protocol stack, in order to correct the erroneous sequences detected from this search. The method exploits the natural redundancy of the data generated by a protocol stack. It is non-intrusive as can the methods for correcting known transmission errors. It can be implemented in any communication system including in satellite communication systems and those using ATM links over ADSL. FIGS. 10 to 13 illustrate the improvement of the transmission error correction provided by the method according to the invention, when it is placed in the transmission chain of FIG. 3A comprising a suitable FEC 60 decoder.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20200910 |